डेवीसन और जर्मर प्रयोग

Davisson and Germer experiment

डेविसन और जर्मेर प्रयोग भौतिकी के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रयोग है जिसने तरंग-कण द्वंद्व की अवधारणा का समर्थन करते हुए इलेक्ट्रॉनों की तरंग जैसी प्रकृति के लिए प्रायोगिक साक्ष्य प्रदान किए।

उद्देश्य

1927 में क्लिंटन डेविसन और लेस्टर जर्मर द्वारा आयोजित डेविसन और जर्मर प्रयोग का प्राथमिक उद्देश्य क्रिस्टल जाली द्वारा इलेक्ट्रॉनों के विवर्तन की जांच करना था। प्रयोग ने यह पुष्टि करने में सुविधा की कि इलेक्ट्रॉन अपने कण-जैसे गुणों के अलावा, तरंग-जैसा व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।

प्रयोगात्मक स्थापना

प्रयोग में, इलेक्ट्रॉनों की एक किरण को क्रिस्टलीय निकल लक्ष्य पर निर्देशित किया गया था।

•    इलेक्ट्रॉनों में एक ज्ञात ऊर्जा थी और वे एक इलेक्ट्रॉन गन से एक निश्चित वेग के साथ उत्सर्जित होते थे।
•    क्रिस्टलीय निकल लक्ष्य एक विवर्तन झंझरी के रूप में कार्य करता है, उसी तरह जैसे एक क्रिस्टल जाली एक्स-रे को विवर्तित कर सकती है।
•    निकेल क्रिस्टल जाली से टकराने वाले इलेक्ट्रॉन जाली के परमाणुओं द्वारा बिखरे हुए थे।
• अवलोकन और परिणाम

डेविसन और जर्मर ने देखा कि बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों ने निकल लक्ष्य के पीछे रखी डिटेक्टर स्क्रीन पर एक विवर्तन विन्यास बनाया। इस विवर्तन विन्यास में चमकीले धब्बे और अंधेरे क्षेत्र शामिल थे, जैसा कि विवर्तन विन्यास में देखा जाता है जब प्रकाश एक संकीर्ण छिद्र (भट्ठा या झंझरी) से गुजरता है।

तरंग-कण द्वैत

डेविसन-जर्मर प्रयोग का प्रायोगिक सेटअप

इस प्रयोग का मुख्य महत्व यह था कि इसने इलेक्ट्रॉनों की तरंग जैसी प्रकृति के लिए साक्ष्य प्रदान किया। देखे गए विवर्तन विन्यास को केवल इलेक्ट्रॉनों को तरंगों के रूप में मानकर ही समझाया जा सकता है जो विवर्तन से गुजर रहे थे। इसने तरंग-कण द्वंद्व के विचार का समर्थन किया, जो बताता है कि इलेक्ट्रॉन जैसे कण तरंग-जैसी और कण-जैसी दोनों गुण प्रदर्शित करते हैं।

गणितीय स्पष्टीकरण

डेविसन और जर्मर प्रयोग में देखे गए विवर्तन विन्यास को ब्रैग समीकरण का उपयोग करके समझाया जा सकता है, जो विवर्तन के कोण (θθ), घटना तरंग की तरंग दैर्ध्य (λ), और क्रिस्टल जालक समतलों (d ) के बीच की दूरी से संबंधित है:

2dsin⁡(θ)=nλ

जहाँ:

•    θ विवर्तन का कोण है।
•    λ इलेक्ट्रॉनों की डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य है, जो λ=hmv द्वारा दी गई है, जहां h प्लैंक स्थिरांक है, m इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान है, और v उनका वेग है।
•    d क्रिस्टल जाली तलों के बीच की दूरी है।
•    n विवर्तन शिखर का क्रम है।

प्रमुख बिंदु

•  डेविसन और जर्मेर प्रयोग ने प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य प्रदान किया कि इलेक्ट्रॉन तरंग जैसा व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।
•  इस प्रयोग ने क्वांटम यांत्रिकी के विकास और इस समझ में योगदान दिया कि कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन, कण-जैसी और तरंग-जैसी दोनों विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकते हैं।

संक्षेप में

डेविसन और जर्मेर प्रयोग ने इलेक्ट्रॉनों के तरंग-कण द्वैत की पुष्टि करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, जो आधुनिक भौतिकी में एक मौलिक अवधारणा है।